עיקרון ועיצוב של מפסק מגן מתח

מפסק מגן הנחשולים הוא למעשה מה שאנו מכנים בדרך כלל מכשיר מגן נחשולי מתח, הנקרא גם מגן נחשולי ברק.זהו סוג של ציוד או מעגל המספק הגנה בטיחותית לציוד חשמלי, מכשירים ומעגלי תקשורת שונים.הוא משמש לקליטת הנחשולים או המתח בין רשת ה-AC כדי להבטיח שהציוד או המעגל שעליו הוא מגן לא ייפגע.
מפסק מגן הנחשולים יכול להתמודד עם נחשולי מתח או קוצים של אלפי וולט, כמובן שהדבר תלוי בפרמטרים ובמפרט של מגן הנחשולים הנבחר.ישנם גם מגיני נחשולי מתח המוקדשים לכמה מאות וולט, בהתאם לתרחיש השימוש של המשתמש.מגן הנחשולים יכול לעמוד בפני קוצים במתח גבוה ברגע, אך משך מתח הנחשול אינו יכול להיות ארוך מדי, אחרת המגן יתחמם ויישרף עקב ספיגת אנרגיה מוגזמת.

מהו נחשול?

נחשול הוא סוג של הפרעה חולפת.בתנאים מסוימים, המתח המיידי ברשת החשמל חורג מטווח המתח הנורמלי המדורג.בדרך כלל, חולף זה לא יימשך זמן רב מדי, אך עשויה להיות לו משרעת גבוהה מאוד.זה עשוי להיות שיא פתאומי תוך מיליונית השנייה בלבד.לדוגמה, לרגע הברק, ניתוק עומסים אינדוקטיביים או חיבור עומסים גדולים תהיה השפעה רבה על רשת החשמל.ברוב המקרים, אם לציוד או למעגל המחוברים לרשת החשמל אין אמצעי הגנה מפני נחשולי מתח, קל למכשיר להינזק, ומידת הנזק תהיה קשורה לרמת המתח של המכשיר.

בתנאי עבודה רגילים, המתח בנקודת הבדיקה נשמר במצב יציב של 500V.עם זאת, אם המתג q מנותק בפתאומיות, יתחולל נחשול מתח גבוה בנקודת הבדיקה עקב השפעת הכוח האלקטרו-מוטיבי ההפוך עקב השינוי הפתאומי של הזרם האינדוקטיבי.

שני מעגלי הגנה מפני נחשולי מתח נפוצים

1. מגן הנחשולים ברמה הראשונה

התקן ההגנה מפני נחשולי מתח ברמה הראשונה מותקן בדרך כלל בכניסה לבית או לבניין.זה יגן על כל הציוד מנקודת חיבור הכניסה מפני רדיפה על ידי עליות.בדרך כלל, הקיבולת והנפח של מגן הנחשולים ברמה הראשונה הם שניהם. זה גדול מאוד ויקר, אבל זה חיוני.

2. מגן נחשולים ברמה שנייה

מגן הנחשולים ברמה השנייה אינו גדול בקיבולת כמו הרמה הראשונה וסופג פחות אנרגיה, אך הוא נייד מאוד.הוא מותקן בדרך כלל בנקודת הגישה של ציוד חשמלי, כגון שקע, או אפילו משולב בקצה הקדמי של לוח החשמל של ציוד חשמלי כדי לספק יכולת הגנה משנית לציוד.

האיור הבא הוא תרשים סכמטי פשוט של התקנת התקן ההגנה מפני נחשולי מתח:

מעגל הגנה משני משני

עבור אנשים רבים, מעט ידוע על מעגל ההגנה על נחשולי מתח משני, מכיוון שרובם משולבים בלוח החשמל.מה שנקרא לוח החשמל הוא לעתים קרובות הקצה הקדמי של הקלט של ציוד חשמלי רבים, בדרך כלל מעגל AC-AC, AC-DC הוא גם מעגל שמחובר ישירות לשקע.התפקיד החשוב ביותר של מעגל ההגנה מפני ברקים שתוכנן על לוח החשמל הוא לספק הגנה בזמן במקרה של נחשול, כגון ניתוק המעגל או קליטת מתח הנחשול, Current.
סוג אחר של מעגל הגנה מפני נחשולי מתח משני, כגון UPS (אל פסק), ספק כוח UPS מורכב כלשהו יהיה בעל מעגל הגנה מפני נחשולי מתח מובנה, אשר יש לו תפקיד זהה למגן הנחשולים בלוח אספקת החשמל הרגיל.

כיצד פועל התקן הגנת מתח?

קיים מגן נחשולי מתח, אשר ינתק את אספקת החשמל בזמן כאשר מתח הנחשול מתרחש.סוג זה של מגן מתח הוא מאוד אינטליגנטי ומורכב.וכמובן שהוא יקר יחסית, ובדרך כלל משתמשים בו לעתים רחוקות.סוג זה של מגן מתח מורכב בדרך כלל מחיישני מתח, בקר ותפס.חיישן המתח עוקב בעיקר אחר האם יש תנודת נחשולים במתח רשת החשמל.הבקר קורא את אות מתח הנחשול של חיישן המתח ושולט בזמן על התפס כהפעלה-כיבוי של מעגל הבקרה של המפעיל כאשר הוא נחשב כאות נחשול.
קיים סוג אחר של מעגל מגן נחשולי מתח, שאינו מנתק את המעגל כאשר מתרחש נחשול, אך הוא מהדק את מתח הנחשול וסופג את אנרגיית הנחשולים.זה בדרך כלל מובנה בלוח המעגלים, כגון מיתוג מעגלי אספקת חשמל יהיו מסוג זה של מעגל הגנה מפני נחשולי מתח.המעגל הוא בדרך כלל כפי שמוצג באיור שלהלן:

מגן מתח 1, מעבר לגבול בין הקו החי לקו הנייטרלי, כלומר מעגל דיכוי מצב דיפרנציאלי.מגיני הנחשולים 2 ו-3 מחוברים בהתאמה עם החוט החי לאדמה והחוט הנייטרלי לאדמה, שהוא דיכוי מצב נפוץ.התקן הנחשול במצב דיפרנציאלי משמש להדק ולספוג את מתח הנחשול בין החוט החי לחוט הנייטרלי.באותו אופן, התקן הנחשול המשותף משמש להדק את מתח הנחשול של חוט הפאזה לאדמה.בדרך כלל, מספיק להתקין מגן נחשולי מתח 1 עבור תקני נחשולי מתח פחות תובעניים, אך עבור מקרים תובעניים מסוימים, יש להוסיף הגנת נחשולים במצב נפוץ.

מקור נחשול מתח

ישנם גורמים רבים שיכולים לייצר מתח נחשול, בדרך כלל עקב מכות ברק, טעינה ופריקה של קבלים, מעגלי תהודה, מעגלי מיתוג אינדוקטיביים, הפרעות כונן מנוע וכו'. ניתן לומר שמתח הנחשול ברשת החשמל נמצא בכל מקום.לכן, זה די הכרחי לתכנן מגן מתח במעגל.

המדיום שמפיץ את הנחשול

רק עם אמצעי התפשטות מתאים, למתח הנחשול יש הזדמנות להרוס את הציוד החשמלי.

קו חשמל-קו מתח הוא המדיום החשוב והישיר ביותר להפצת נחשולי מתח, מכיוון שכמעט כל הציוד החשמלי מופעל באמצעות קו מתח, ורשת הפצת קווי החשמל נמצאת בכל מקום.

גלי רדיו- למעשה, הכניסה הראשית היא האנטנה, שקל לקלוט נחשולים אלחוטיים או פגיעות ברק, שיכולות לשבור ציוד חשמלי ברגע.כאשר ברק פוגע באנטנה, הוא חודר למקלט תדר הרדיו.

אלטרנטור-בתחום האלקטרוניקה לרכב יוגדרו בדגש גם עליות מתח.לעתים קרובות כאשר לאלטרנטור יש תנודות מורכבות, ייווצר מתח נחשול גדול.

מעגל אינדוקטיבי - כאשר המתח בשני קצוות המשרן משתנה באופן פתאומי, נוצר לעתים קרובות מתח נחשול.

כיצד לתכנן מעגל הגנה מפני מתח

זה לא קשה לתכנן מעגל הגנה מפני נחשולי מתח.למעשה, כדי לתכנן מעגל מובנה להגנה מפני נחשולי מתח, הדרך הפשוטה ביותר דורשת רק רכיב אחד, כלומר, וריסטו MOV או דיודה חולפת TVS.כפי שמוצג באיור למטה, מגיני הנחשולים 1-3 יכולים להיות וריסטורים MOV או TVS.

לפעמים, יש צורך רק לחבר וריסטו MOV במקביל בין הקו הנייטרלי של קו החשמל AC כדי לעמוד בתקן IEC.ביישומים רבים, יש צורך להוסיף מעגל הגנה מפני נחשולי מתח בין החוט החי האפס לאדמה בו זמנית כדי לעמוד בדרישות תקן הנחשולים הגבוהים יותר, לדוגמה, הדרישה גבוהה מ-4KV.

מגן נחשול עבור Varistor MOV

מאפיינים בסיסיים של MOV

1. MOV מייצג Metal oxide varistor, metal oxide resistor, ערך ההתנגדות שלו ישתנה בהתאם למתח על פני הנגד.הוא משמש בדרך כלל בין רשתות מתח AC כדי להתמודד עם מתח נחשול.
2. MOV הוא מכשיר מיוחד המבוסס על מתח.
3. כאשר MOV עובד, המאפיינים שלו קצת דומים לדיודות, לא ליניאריים ולא מתאימים לחוק של Ohm, אבל מאפייני המתח והזרם שלו דו-כיווניים ואילו דיודות חד-כיווניות.
4. זה יותר כמו דיודת TVS דו-כיוונית.
5. כאשר המתח על הווריסטור אינו מגיע למתח המהדק, הוא במצב מעגל פתוח.

בחירת מיקום של וריסטור במעגל הגנת נחשולי מתח

הווריסטור הוא מרכיב קריטי במגן הנחשולים.בעת התכנון, ודא שהוא קרוב ככל האפשר לנתיך בקצה הקלט, כפי שמוצג באיור למטה.בדרך זו, ניתן להבטיח שניתן לנתק את הפתיל בזמן כאשר מתרחש זרם נחשול, והמעגל הבא נמצא במצב פתוח כדי למנוע נזק גדול יותר או אפילו שריפה הנגרמת על ידי זרם הנחשול.